EP0907495A1

EP0907495A1 - Zumindest zweistufiges verfahren zur längsreckung von kunststoffolien sowie danach hergestellte kunststoffolie und zugehörige vorrichtung

Info

Publication number: EP0907495A1
Application number: EP97924976A
Authority: EP
Inventors: Peter Wellenhofer; Klaus Stopperka; Rainer Schwuchow
Original assignee: Brueckner Maschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Brueckner Maschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 1999-04-14
Anticipated expiration: 2017-05-22
Also published as: JP4041164B2; JP2000514372A; EP0907495B1; DE19622085C1; WO1997046368A1; KR20000011090A

Abstract

Ein verbessertes Verfahren zur Verstreckung von Kunststoffolien, die aus Polypropylen bestehen oder Polypropylen umfassen, sowie eine danach hergestellte verbesserte Kunststoffolie sowie eine zugehörige Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß jeweils nach einem Reckschritt ein thermisch iniziierter Ausheilungsprozeß stattfindet. Dazu ist vorgesehen, daß die Verweilzeit der Kunststoffolienbahn zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reckschritten zumindest 1,5 sec beträgt. Vorzugsweise wird die Temperatur des in der vorhergehenden Stufe längs gereckten Films über die Recktemperatur hinaus eine demgegenüber höher liegende Prozeßtemperatur zumindest für eine gewisse kurze Zeit angehoben.

Description

ZUMINDEST ZWEISTUFIGES VERFAHREN ZUR LANGSRECKUNG VON KUNSTSTOFFOLIEN SOWIE DANACH HERGESTELLTE KUNSTSTOFFOLIE UND ZUGEHÖRIGE VORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft em Verfahren zur Langsreckung von Kunststoffolien, insbesondere ein zumindest zweistufiges Verfahren zur Langsreckung von Polypropylen umfassenden Folien sowie eine danach hergestellte Kunststoffolie und eine zugehörige Vorrichtung nach dem Oberbegriff des An¬ spruches 1, 13 bzw. 14.

Bekannt sind Längs- oder Querverstreckungen einer Folie sowie stufenweise hintereinander oder gleichzeitig ausge¬ führte Quer- und Langsverstreckungen.

Insbesondere bei der monoaxialen Langsverstreckung in Maschinenrichtung (MDO-Verstreckung) von Polypropylen umfassenden Filmen, nachfolgend auch teilweise als PP- Castfilm bezeichnet, ist es hinlänglich bekannt, em sog. einstufiges Recken unter Nutzung eines Reckspaltes durch- zufuhren. Das gesamte Reckverhaltnis wird in einem ein^¬ zigen Spalt realisiert, wobei zwangsläufig eme hohe mor- phologische Schädigung des Kunststoffilmes eintritt.

Bei einem üblichen Reckverhaltnis von 5 bei Polypropylen heißt dies im Falle eines einstufigen Reckschrittes, daß beispielsweise die Umfangsgeschwindigkeiten der den Reck- spalt vor- bzw. nachgelagerten Walzen 50 m/mm und 250 m/mm betragt. Bei einem Reckspalt in einer Größenordnung von 180 mm fuhrt dies dann zu einer Dehnungsgeschwindig¬ keit von 3.700 %/sec. Bei derart hohen Dehnungsgeschwm- digkeiten gelangen die mikromorphologischen Strukturele¬ mente sehr rasch in den Bereich der kritischen Dehnung. Daraus muß zwar nicht in federn Fall em Abriß der gedehn¬ ten Kunststoffolie resultieren. Feststellbar sind aber auf jeden Fall Mikrorisse und Strukturfehler, die sich ms- besondere bei einem Querreckvorgang (TDO-Recken) als Ab¬ risse bemerkbar machen können.

Um die Anlagengeschwmdigkeit grundsätzlich zu erhohen und dabei gleichwohl die Festigkeit einer biaxial orientierten Polypropylen-Folie zu steigern, ist gemäß der DE 31 24 290 AI bereits em mehrstufiges Reckverfahren vorgeschlagen worden.

Bei einem zwei- oder mehrstufigen Recken laßt sich naturgegebenermaßen das am einzelnen Reckspalt auftretende Reckverhaltnis und damit vor allem auch die Dehnungsge- schwmdigkeit gegenüber einem einstufigen Reckvorgang mi¬ nimieren.

Insbesondere die Unterteilung in zwei vergleichbare Reck¬ schritte mit vergleichbaren Reckverhaltnisses, d.h. also insbesondere etwa gleichgroßen Reckverhaltnissen, wurde dabei den Betrag der maximal auftretenden Dehngeschwindig^¬ keit bei jedem Reckschritt gegenüber dem einstufigen Reck- Vorgang deutlich minimieren. Die vorstehend wiedergegebe¬ nen Grundsatze gelten dabei noch eher bei einem mehr als zwei Stufen umfassenden Reckvorgang.

Es hat sich aber nunmehr gezeigt, daß die bisher bekannt gewordenen Reckverfahren eine unzureichende Prozeßstabili- tat aufweisen.

Ein Verfahren zum Herstellen von biaxial gestreckten Flachfolien sowie eine zugehörige Vorrichtung hierfür ist auch aus der DE 36 21 205 AI bekannt geworden. Dabei wer¬ den Vorfolien aus Polypropylen oder Polyester einer zwei-, drei- oder mehrstufigen Streckung unterzogen und zu biaxi¬ al gestreckten Flachfolien geformt. So erfolgt beispiels- weise eme Langsreckung des Kunststoffolienfilms in einer ersten Langsstreckzone bei Temperaturen von 110°C bis 130°C und einem Streckverhaltms von 1,3 bis 2,0. In einem zweiten Langsreckschritt wird das Langsreckverhaltms beispielsweise zwischen 2,0 und 2,5 eingestellt, wobei der Kunststoffilm auf eine Temperatur von etwa 95°C bis 115°C aufgeheizt wird.

Durch eine derartige Anordnung lassen sich aber die o.g. Nachteile grundsätzlich nicht überwinden. Abrißhaufungen sowie Qualitatseinschrankungen sind weiterhin durch Querschnitts- oder auch Oberflachenungleichmaßigkeit nicht auszuschließen.

Schließlich ist aus der DE 26 07 657 AI em Verfahren zur molekularen biaxialen Orientierung von Polymerfilmen be¬ kannt geworden, bei welchem zwischen zwei Reckvorgangen eine Zwischenbehandlung vorgenommen wird. Diese soll darin bestehen, daß sich der Film über einen gewissen Zeitraum bei einer Temperatur zwischen dessen Einfrierpunkt und etwa 30^CC darüber befindet und einer Langsspannung unter¬ worfen wird, die geringer als die wahrend der Langsstrek- kung des Films angelegte Langsspannung ist. Dadurch sollen innere Spannungen im Kunststofffilm entfernt und verrain- dert werden, um die Qualltat des Kunststoffilms zu ver¬ bessern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, em verbesser¬ tes Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Folien, ms- besondere von Polypropylen umfassenden em- oder mehr¬ lagigen Folien sowie eine danach hergestellte Kunststoffo¬ lie und eine für den Herstellvorgang geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens entsprechend den im Anspruch 1, bezüglich der danach hergestellten Folie entsprechend den im Anspruch 13 und im Hinblick auf die hierfür benotigte Vorrichtung bezüglich den im Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben.

Mit dem erfindungsgemaßen Verfahren ist es möglich, bei m Maschinenrichtung (also Längsrichtung) durchgeführten Reckvorgangen die Prozeßstabilitat gegenüber herkömmlichen Verfahren deutlich zu erhohen. Dies äußert sich in einer Senkung von Abrißhaufungen sowie in einer Minimierung von Qualitatsemschrankungen durch ansonsten bekannte Quer¬ schnitts- als auch Oberflachenungleichmaßigkeiten.

Vor allem laßt sich das erfmdungsgemaße Verfahren auch bei modernen Anlagen anwenden, bei welchen die Produk- tionsgeschwmdigkeiten 350 m/mm und mehr betragen, bei¬ spielsweise sogar 400 m/mm, 450 m/mm oder sogar 500 m/mm und mehr. Dies gilt also gleichermaßen auch für höhere Einlaufgeschwmdigkeiten vor der ersten Reckzone, bei welchen der Kunststoff beispielsweise mit mehr als 50 m/min der ersten Reckzone zugeführt wird, beispielsweise gar mit 60 m/mm oder 70 m/mm oder mehr.

Erfindungsgemaß ist nunmehr vorgesehen, daß bei einem zumindest einstufigen Reckvorgang der längs-, quer- oder simultan oder nacheinander quer- und langsgereckte Film einer Nachbehandlung unterzogen wird, um die Gefugestruk- tur des Filmes zu verbessern. Dabei ist es Ziel der Erfin¬ dung, die Gefugestruktur des Filmes so positiv zu beein¬ flussen, daß eine möglichst hohe Orientierung erzielt wird, um dem Trager somit auch hohe mechanische Eigen¬ schaften zu verleihen, ohne in solche Bereiche zu kommen, m denen durch zu hohe monoaxiale Zugbeanspruchung Struk¬ turfehler innerhalb und zwischen den kristallinen Bezirken auftreten können. Denn gerade derartige Strukturfehler können bei längs- wie aber auch bei querverstreckten Fil¬ men zu Abrissen fuhren oder als latente Strukturfehler beispielsweise an eme nach einer Langsreckemπchtung nachgeordnete Querreckeinrichtung weitergereicht werden, um zumindest dort als Abrisse m Erscheinung zu treten.

Dabei ist vorgesehen, das Gleichgewicht

Desorientierung ^ Orientierung

durch geeignete Maßnahmen so weit wie notig (ohne m den Bereich des Spleißens zu gelangen) mit vertretbarem tech- nischen Aufwand m Richtung zu einer Erhöhung des Orien¬ tierungsgrades (also nach rechts) zu verlagern.

Eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Ver¬ fahren laßt sich dadurch erzielen, daß die Anlage so aus- 97/46368 PC17EP97/02630

gelegt ist, daß die Verweilzeit der Kunststoffolienbahn zwischen zwei Reckstufen (also nicht zwingend zwischen allen Reckstufen, aber zumindest bevorzugt zwischen den beiden Reckwalzen einer ersten Reckstufe) zumindest 1,5 see betragt. Vorteilhafte Werte sind beispielsweise 1,85 see oder mehr. Dadurch wird der Folie genügend Zeit zum Relaxieren von teilweise überbeanspruchten Bereichen der Kunststoff-Matrix eingeräumt, wodurch verhindert wird, daß diese Bereiche m der nachfolgenden Reckstufe zu lrrepa- rablen Storstellen für den Reckvorgang fuhren.

Die Verweilzelten von zumindest 1,5 see sind gegenüber Anlagen nach dem Stand der Technik vergleichsweise groß, d.h. insbesondere bei Anlagen mit einer Umfangsgeschwm- digkeit der der ersten Reckzone vorgelagerten Reckwalze von 50 m/mm und mehr. Denn bei bisherigen Anlagen betrug die Verweilzeit deutlich weniger als 0,5 see. Übliche Werte liegen bei 0,2 bis 0,3 see.

Eine Verbesserung wird auch noch dadurch erzielt, daß eine Mindesttemperatur für die Kunststoffolienbahn zwischen zwei Reckstufen eingehalten wird. Bevorzugt soll die Tem¬ peratur dabei großer oder gleich einer um 5°C niedrigeren Temperatur als die Recktemperatur sein.

Im Falle einer Folie aus Polypropylen wird eme Mindest¬ temperatur von 120°C und im Falle einer Polyester-Kunst- stoffolienbahn eme Mmdesttemperatur von 80°C für die Temperatur wahrend zweier Reckstufen vorgeschlagen.

Ferner hat sich gezeigt, daß höhere Temperaturen innerhalb des Polymers aufgrund der höheren Beweglichkeit der Gefu^¬ gebausteine rasche Platzwechselvorgange ermöglichen und dadurch höhere Relaxationsgeschwmdigkeiten bewirken. Dies wirkt folglich beim Reckvorgang gezielt dem Erhalt eines Orientierungszustandes entgegen und verschiebt das o. g. Gleichgewicht starker in Richtung "Desorientierung".

Tiefere Temperaturen erschweren demgegenüber aufgrund der geringen Molekül- und Segmentbeweglichkeit die ungestörte Ausbildung eines hinreichenden Ordnungszustandes. Dies fuhrt letztlich zum Auftreten von Rissen und Abrissen.

Daraus resultiert, daß abgesehen von der Zeit - die der Folie zur Erzielung eines gunstigen Gleichgewichtszustan¬ des im Folienmaterial bereitgestellt wird - auch die Tem¬ peratur einen Einfluß hat, um em Optimum bezüglich des angeführten Gleichgewichtes zu erzielen. Em Optimum be- zuglich des Gleichgewichtes hangt damit vor allem aber nicht von der Reckgeschwindigkeit ab.

Erfindungsgemaß werden also insbesondere bei einem mehr¬ stufigen Reckprozeß und dabei wiederum bei einem vor allem m Längsrichtung (also m Folienabzugsrichtung) durch¬ geführten Reckprozeß durch Einhaltung von Mmdest-Verweil- zeiten für die Kunststoffolienbahn zwischen zwei Reck¬ stufen und gegebenenfalls durch Einstellung bestimmter Temperaturen und/oder durch Einstellung bestimmter Reck- Verhältnisse die thermomechanischen Bedingungen derart gewählt, daß die resultierenden Relaxationsgeschwindig¬ keiten bei einer Verstreckung eines Polypropylen umfassen¬ den Kunststoffilmes den notwendigen Platzwechselvorgangen von Bauelementen der Primarstrukturen angeglichen werden, um so Zerstörungen morphologischer Überstrukturen weitest- gehend zu vermeiden.

Zum anderen können bei einem mehrstufigen Reckvorgang Temperaturen und Reckgeschwindigkeiten m den einzelnen Reckstufen degressiv abgestuft werden, um dennoch auf¬ tretende Überforderungen der Relaxationsgeschwindigkeiten durch thermomechanisch erzwungene Platzwechselvorgange in der teilkristallinen nucleierten Polypropylen-Matrix durch thermodynamisch begründete Ausheilvorgange in den gestör¬ ten Morphologien ablaufen zu lassen.

Mit der Erfindung wird es möglich, die Prozeßstabilitat und Produktqualltat bei modernen Anlagen mit einer Produk- tionsgeschwmdigkeit bis zu 350 m/mm zu steigern. Mit der Erfindung wird es zum anderen aber auch möglich, insbeson¬ dere bei sequentiell arbeitenden Hochgeschwmdigkeits- anlagen (mit Produktionsgeschwindigkeiten großer als 350 m/mm) überhaupt in den Bereich einer stabilen Prozeß- fuhrung, was die Abnßhaufigkeit betrifft, zu gelangen und außerdem technologisch/verfahrenstechnische Vorausset¬ zungen als unabdingbaren Beitrag für eine ausreichende Qualltat der Endfolie zu schaffen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbei- spielen naher erläutert.

Es wird ausdrücklich festgestellt, daß zur Erfindung eben¬ falls gehört, daß das erfmdungsgemaße Verfahren und die erfmdungsgemaße Vorrichtung auch bei einer Simultanreck^¬ anlage durchführbar bzw. einsetzbar ist, (also bei einer gleichzeitigen Längs- und Querreckung) , grundsätzlich aber auch bei einer reinen Querreckung, wobei das m den An¬ sprüchen zum Ausdruck kommende Verfahren sowie die zum Ausdruck kommende Vorrichtung der wichtigste Anwendungs^¬

Dabei zeigen im einzelnen: Figur 1 ein Anlagenschema für eine dreistufige Langsreekanlage;

Figur 2 eine schematische Wiedergabe des Walzen- schemas gemäß Figur 1; und

Figur 3a und 3b em Temperaturdiagramm bezüglich eines optimierten Temperaturver¬ laufs bei einem dreistufigen Reck¬ verlauf einer ersten und zweiten Kunststoffolie;

Figur 4a bis 4d vier schematische Querschnitte quer zur Langsstreckung der Folie zur Erläuterung der Ausbildung einer Schulter beim Verstrecken;

Figur 5 eine schematische vergrößerte auszugsweise Querschnittsdarstellung durch einen zu verstreckenden Polypropylen-Kunststofflim unter Ausbildung einer Schulter;

Figur 6a und 6b : Schema einer idealen und einer rea¬ len Lamelle; und

Figur 7a und 7b : Schema einer sich bei der Verstrek- kung aus einer idealen bzw. realen Lamelle ergebenden idealen bzw. realen Mikrofibrille .

In Figur 1 ist in schematischer Seltendarstellung em Anlagenschema mit einer Abzugseinrichtung 51 (castmg unit) und einer Langsreekanlage 53 gezeigt. Beispielsweise von einem Extruder kommend wird das Kunst¬ stoffolienmaterial über eme Düse 54, em sog. Luftmesser 56 und nachfolgend über eine Abzugswalze 55 durch em Wasserbad 57 hmdurchgefuhrt und über mehrere Umlenkwalzen 59 der Langsreekanlage 53 zugeführt.

Nach dem Verlassen der Langsreekanlage 53 wird die Kunst¬ stoffolienbahn im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 dann beispielsweise einer Querreckanlage (TDO) zur Durchfuhrung einer Querverstreckung zugeführt.

Die Langsreekanlage 53 umfaßt im gezeigten Ausfuhrungsbei¬ spiel drei Reckzonen 61a, 61b und 61c mit jeweils vier Walzen, deren Durchmesser deutlich geringer ist als der Walzendurchmesser der dazwischen befindlichen Walzen, um die der Kunststoffilm mit großem Umschlingungswinkel herum gefuhrt ist.

Die m Figur 1 in Seitenansicht wiedergegebenen Walzen sind in der schematischen Seitenansicht gemäß Figur 2 als Walzen 1 bis 30 durchnumeriert (auf der X-Achse des Dia¬ gramms) .

Daraus ist ersichtlich, daß zwischen den Reckzonen jeweils mehrere Walzen so angeordnet sind, daß zwischen diesen die zu verstreckende Folie meanderformig mit großem Umschlin¬ gungswinkel herumgeführt ist.

Den einzelnen Zonen bzw. den Walzen selbst können Aufheiz- und Abkuhlemrichtungen zugeordnet sein, wodurch sich beispielsweise beim Verstrecken einer Einfach-Kunststoffo- lie aus Polypropylen der anhand von Figur 3a wiedergebene Temperaturverlauf für die Folie einstellen laßt, wobei im Diagramm unten die jeweilige Walzen-Nummer wiedergegeben ist .

Daraus ist nunmehr ersichtlich, daß bei Herstellung einer Polypropylen-Folie gemäß Figur 3a der Film zunächst konti¬ nuierlich bis zur Walze Nr. 6 auf 140° Durchschnittstempe¬ ratur erwärmt wird. Bei Erreichen der ersten Reckzone, d.h. der ersten Walze in der Reckzone mit der Nr. 7, wird die Folientemperatur auf 130° gesenkt. Der Reckspalt 63a befindet sich zwischen der Walze Nr. 8 und der Walze Nr. 9. Die Umfangsdrehgeschwindigkeiten der beiden Reckwalzen 8 und 9, das davon abhangige Reckverhaltnis, die Breite des Reckspaltes und die Dehnungsgeschwindigkeit ε m %/sec, wie die entsprechenden Werte für die nachfolgend noch im einzelnen erläuterte zweite und dritte Reckstufe ergeben sich durch die folgende Tabelle A

Tabelle A

Zwischen der 8. und 9. Walze wird die Temperatur von 132° auf 135° erwärmt, so daß mit anderen Worten die Temperatur nach Durchfuhrung des Reckvorganges gering hoher liegt als vor oder während des Reckvorganges, wobei diese Temperatur für gewisse kurze Zeit auf diesem erhöhten Niveau von beispielsweise 135°C beibehalten wird. Anschließend wird die Folientemperatur wieder auf 125° abgesenkt. Zwischen den Walzen Nr. 16 und 17 befindet sich der zweite Reckspalt 63b mit einer Spaltenbreite von 180 mm. Aus der vorstehend genannten Tabelle A, d.h. den Umfangsgeschwin¬ digkeiten der Walzen mit der Nr. 16 und 17, ergibt sich eine Dehngeschwindigkeit von 95,4 %/sec. Das Reckverhalt¬ nis betragt hier 1,35. Da sich auch hier die zweite Reck¬ walze auf erhöhter Temperatur, nämlich auf 130° gegenüber 125° für die erste Reckwalze mit der Nr. 16 befindet, wird hierdurch ebenfalls unmittelbar nach Durchfuhrung des zweiten Reckschrittes die Kunststoffolien-Temperatur leicht erhöht und für gewisse Zeit, nämlich bis zum Er¬ reichen der nächsten Walze auf diesem Temperaturniveau belassen.

In der dritten Reckzone bilden die Walzen mit der Nr. 24 und 25 den Reckspalt 63c. Gemäß der vorstehend genannten Tabelle ist hier ein Reckverhältnis von 1,10 eingestellt, welches sich aus den Urαfangs-Rotationsgeschwmdigkeiten der beiden Reckwalzen mit der Nr. 24 und 25 ergibt. Auch hier wird wieder die Kunststoffolientemperatur um 5° von 125° auf 130° unmittelbar nach Durchfuhrung dieses dritten Reckschrittes erhöht und bis zur nächsten Walze auf diesem Temperaturniveau belassen, um dann wiederum abgesenkt zu werden.

Durch den erläuterten mehrstufigen Reckprozeß wird auch bei niedrigeren Recktemperaturen als bei einem herkömm¬ lichen Einstufenprozeß der Aufbau einer hohen und im we¬ sentlichen fehlerfreien Orientierung möglich, da für die erforderlichen Platzwechselvorgange die notwendige Zeit bei ausreichendem Temperaturniveau zur Verfugung gestellt wird. Die Relaxationsgeschwindigkeit wird von der Reck- geschwindigkeit im wesentlichen nicht mehr überfordert. Da sich auch bei relativ niedrigen Dehngeschwindigkeiten stets noch Strukturfehler in der Mikromorphologie aus¬ bilden, können diese Strukturfehler durch gezieltes Tem¬ pern nach dem jeweiligen Reckspalten weitestgehend ausge¬ heilt werden, wobei das nach unten abgestufte Reckverhalt¬ nis bei einem mehrstufigen Reckverfahren (im gezeigten Ausführungsbeispiel von 3,35 über 1,35 zu 1,10) dafür sorgt, daß die Große und die Häufigkeit der möglichen Strukturfehler zunehmend weiter abklingen.

Durch das erfmdungsgemaße Verfahren laßt sich also em Folien-Material mit gegenüber herkömmlichen Methoden we¬ sentlich größerer Homogenitat und großer Spannungsfreiheit erzielen. Dieser Effekt manifestiert sich m weiter ver- besserten mechanischen Eigenschaften sowie m verringerten schichtigen Schwankungen und einer besseren Oberflachengu¬ te des Kunststoffolienfilms .

Anhand des Diagrammes gemäß Figur 3b ist em entsprechend geeigneter Temperaturverlauf für die Herstellung eines Mehrlagen-Kunststoffilms gezeigt, der Polypropylen umfaßt, d.h. also insbesondere Schichten aus Polypropylen aufweist und zudem beispielsweise außenliegende Heißsiegelschichten umfaßt. Dieser Mehrlagenkunststofflim wird jeweils un- mittelbar vor Erreichen der Reckspalten deutlich starker abgekühlt (im gezeigten Ausführungsbeispiel auf 90°C) . Beim Übergang von der jeweils ersten zur zweiten Reckwalze oder aber ab Erreichen der zweiten Reckwalze 9, 17 bzw. 25 oder aber auch kurz danach wird die Kunststoffolie von 90°C auf 110°C erwärmt, für eme gewisse Zeit auf diesem Niveau gehalten, um dann in einem oder zwei weiteren Schritten nochmals jeweils geringfügig weiter erwärmt zu werden. Durch diesen dem unmittelbaren Dehnungsvorgang im Reckspalt nachfolgenden Temper-Schritt werden die oben er- wähnten Vorteile realisiert.

Grundsätzlich konnte daran gedacht werden, abweichend von der oben genannten Reck-Tabelle das Reckverhaltnis bei einem dreistufigen Reckprozeß so einzustellen, daß bei¬ spielsweise das Reckverhaltnis die nachfolgend wiederge¬ gebenen Daten erfüllt:

Tabelle B

Dies ist aber in der Praxis sinnvoll nicht durchfuhrbar, und zwar aufgrund der unter Zugspannung ablaufenden Pro¬ zesse der Reck-Kinetik von teilkristallmem Polypropylen.

Dies wird anhand von Figur 4a bis 4d und Figur 5 naher erläutert.

Verfolgt man den Reckverlauf eines bisher mechanisch nicht beanspruchten Folienstreifens aus homopolymerem Polypropy- len bei Zimmertemperatur, so ist die Ausbildung einer Schulter 71 bekannt, die an einer oder mehreren Stellen im Kunststoffolienstreifen plötzlich auftritt. Bei weiterer Dehnung wandert die Schulter über die ganze Lange der Folienprobe hinweg, so daß diese sukzessive auf Endquer- schnitt verstreckt wird.

Anhand der Figuren 4a bis 4d ist in vier schematischen Querschnittsdarstellungen die Foliendicke vor dem Recken

(Figur 4a), nach dem Einsetzen der Schulterausbildung, wahrend des Verstreckvorganges (Figur 4b) und wahrend des weiteren Verstreckens bis hin zu dem Zustand gemäß Figur 4d nach dem Recken dargestellt.

Das Ausbilden einer solchen Schulter 71 oder begrenzten Fließzonen ist jedoch kein charakteristisches Merkmal der Verstreckung von Polymeren, da sich bei genügend langsamer Verstreckung bzw. genügend amorphem Material oder auch bei ausreichender Erwärmung die Schulter zum Verschwinden gebracht werden kann, also jeder dazwischenliegende Ver- streckungsgrad möglich ist.

Die wichtigste morphologische Veränderung bei einer 1:5- Langs-Verstreckung eines Polypropylen-Castfllmes ist der morphologische Übergang von der Lamellen- zur Fibrillen- struktur.

Um die Deformationsmechanismen beim Übergang von der Lamellen- zur Fibrillenstruktur besser zu verstehen, wird angemerkt, daß entlang der in Figur 4a bis 4d sowie der Figur 5 dargestellten Schulterzone 71 von der Probenkante unter einem bestimmten Winkel sog. Scherenbander in die Folie hineinverlaufen. Das Scherspannungsfeld verdichtet sich mit zunehmender Einschnürung, bis ein Endbereich der Verstreckung mit Fibrillenstruktur erreicht ist, wie dies anhand von Figur 6a für eine ideale und anhand von Figur 6b für eine reale Lamelle 73 und der sich bei der Ver- Streckung daraus ergebenden idealen Mikrofibrille 75 gemäß Figur 7a und einer realen Mikrofibrille 75 gemäß Figur 7b gezeigt ist.

Starke Vergrößerungen lassen erkennen, daß die einzelnen Bander aus kleinen, senkrecht zur Zugspannung ausgerichte¬ ten Deformationszonen bestehen, die sich bevorzugt in den Grenzbereichen der Spharolithe gebildet haben und in Rich¬ tung der Scherspannung aufgereiht sind (Figur 6a bis Figur 7b) . Aufgrund dieser strukturellen Umbauprozesse m der Folie wahrend des Reckvorganges ist erklärbar, warum das Reckverhaltnis in der allerersten Reckstufe bei unnukle- lertem Polypropylen auch unter rauhen Betriebsbedingungen bis ca. r = 5 angesiedelt ist.

Da man also den ersten Reckschritt, d.h. den ersten Pri- marschritt, der Strukturumwandlung unter Ausbildung der Schulter nicht über mehrere Reckspalten verteilen kann, liegt das Reckverhaltnis in der ersten Reckstufe mit deut- lichem Abstand am höchsten.

Allerdings kann m der Praxis versucht werden, die Lamel¬ lendicke im Bereich der Abzugswalze durch Einsatz wirk¬ samer Nukleierungsmittel und niedriger Wasserbandtempera¬ turen zu verkleinern, da unter diesen Bedingungen selbst kleine Spharolithe mit folglich ebenso geringer Lamellen¬ dicke erzielbar sind. Durch diese Verringerung der Lamel¬ lendicke ist es dann möglich, das entsprechende Reckver¬ haltnis bis auf ca. 1:3 (anstelle von 1:5) herabzusetzen. Als gunstiges Reckverhaltnis ergibt sich dann beispiels- weise der Wert von r = 3,35 in der ersten Stufe, wie dies anhand von Tabelle A verdeutlich ist.

Claims

Ansprüche:

1. Zumindest zweistufiges Verfahren zur Langsreckung von Kunststoffolien, insbesondere umfassend Polypropylen oder Polyester, wobei die Kunststoffolie wahrend des jeweiligen Reckschrittes auf einen geeigneten Reck-Temperaturbereich erwärmt ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale

- die Kunststoffolie wird m der ersten Reckzone mit einem Reckverhaltnis (r) großer als 3 und kleiner als 5 ge¬ reckt,

- die Umfangsgeschwindigkeit der der ersten Reckzone vor¬ gelagerten Reckwalze betragt dabei vorzugsweise zumin¬ dest 50 m/mm, und - die Verweilzeit für die Kunststoffolienbahn zwischen dem ersten und dem zweiten Reckschritt betragt zumindest 1,5 see.

2. Verfahren nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß bereits wahrend der Durchfuhrung des Reckvorganges begon¬ nen wird die Kunststoffolienbahn über eme beim Reckvor¬ gang gegebene Reck- oder Durchschnittstemperatur hinaus auf eine Prozeßtemperatur zu erwarmen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Kunststoffolie auf eine Prozeßtemperatur jeweils unmittelbar nach Durchführung eines Reckvorganges durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß die das erhöhte Temperaturprofil ergebende Pro¬ zeßtemperatur der Kunststoffolienbahn nur für eine be¬ stimmte Zeitdauer (t) zwischen zwei Reckschrittten er- reicht oder beibehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Kunststoffolienbahn zwischen zwei Reckschritten auf einer Mindesttemperatur gehalten wird, die bei einer aus Polypropylen bestehenden oder umfassenden Kunststoffolienbahn 120°C und bei einer aus Polyester bestehenden oder umfassenden Kunststoffo¬ lienbahn 80°C entspricht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Verweilzeit für die Kunststoffolien¬ bahn zwischen zwei dem ersten Reckschritt nachfolgenden Reckschritten zumindest 1,5 see. betragt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß insbesondere bei Herstellung eines mehr¬ lagigen Kunststoffilms der Kunststoffilm vor Durchfuhrung eines Reckschrittes abgekühlt und während und/oder nach, d.h. vorzugsweise unmittelbar nach dem Reckschritt auf eine demgegenüber höhere Temperatur erwärmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß bei einem ersten Reckschritt eines mehr- stufigen Reckverfahrens em Reckverhaltnis (r) gewählt wird, das zwischen 3 und 4 liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, daß bei einem zumindest zweistufigen Reck¬ vorgang das Reckverhaltnis bei der zweiten Reckstufe so gewählt wird, daß dieses ≥ l und ≤ 2 ist, vorzugsweise zwi¬ schen 1,1 und 1,5 liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem insbesondere dreistufigen Reckverfahren das Reckverhaltnis beim dritten Reckschritt großer als 1 und kleiner als 1,3 ist, vorzugsweise zwi¬ schen 1,05 und 1,20 liegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehrstufigen Reckvorgang die Große der Reckverhaltnisse aufeinanderfolgend degressiv abnimmt .

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehrstufigen Reckverfahren die Prozeßtemperatur zumindest bei einem nachfolgenden Reckschritt gegenüber einem vorher stattgefundenen Reck- schritt auf em niedriges Temperaturprofil eingestellt

13. Kunststoffolienflim, insbesondere Polypropylen umfas^¬ sender oder aus Polypropylen bestehender Kunststoffilm, hergestellt nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12.

14. Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit zumindest zwei Reckzonen (61a, 61b, 61c) mit zumindest zwei Reckspalten (63a, 63b, 63c), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale

- die erste Reckzone (61a) ist so einstellbar, daß die Kunststoffolie mit einem Reckverhaltnis (r) großer als 3 und kleiner als 5 m Längsrichtung gereckt wird,

- die Umfangsgeschwindigkeit der der ersten Reckzone (61a) vorgelagerten Reckwalze ist dabei auf vorzugsweise zu¬ mindest 50 m/mm einstellbar, und

- die Verweilzeit der Kunststoffolie zwischen der ersten und zweiten Reckzone (61a, 61b) betragt zumindest 1,5 see .

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eme Aufwarmemrichtung am oder hinter dem jeweiligen Reckspalt (63a, 63b, 63c) und/oder in der dem Reckspalt jeweils nachgeordneten Reckwalze (9, 17, 25) zur Einstel¬ lung einer gegenüber der Recktemperatur erhöhten Prozeß¬ temperatur.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Aufwarmemrichtung so ausgebildet ist, daß eme Erwärmung des Kunststoffilms auf die gegenüber der Recktemperatur erhöhte Prozeßtemperatur nur für eine bestimmte Zeitdauer (t) für die durch die Vorrichtung hindurch bewegte Kunststoffolienbahn bewirkbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, da¬ durch gekennzeichnet, daß die zumindest eine einem nach¬ folgenden Reckspalt (63a, 63b, 63c) zugeordnete Aufwar- memriehtung so ausgelegt ist, daß darüber eme gegenüber der Prozeßtemperatur nach dem ersten oder vorhergehenden Reckschritt niedrigere Prozeßtemperatur einstellbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, da¬ durch gekennzeichnet, daß die mehreren Reckzonen (61a, 61b, 61c) so ausgelegt sind, daß die Größe des Reckverhältnisses von einer Reckzone (61a, 61b, 61c) zur nächsten abnimmt.

19. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Reckwalzen (8, 9) am ersten Reckspalt (63a) so eingestellt sind, daß em Reck- Verhältnis zwischen 3 und 4 erzielbar ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Reckwalzen (16, 17) am zwei¬ ten Reckspalt (63b) so eingestellt sind, daß ein Reck- Verhältnis ≥ 1 und < 2, vorzugsweise > 1,1 und < 1,5 er¬ zielbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, da¬ durch gekennzeichnet, daß bei einer dreistufigen Reck- anläge die den dritten Reckspalt (63c) bildenden Reckwal¬ zen (24, 25) so eingestellt sind, daß ein Reckverhaltnis > 1 und < 1,3, vorzugsweise ≥ 1,05 und < 1,20 erzielbar ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, da¬ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Reckspalten (63a, 63b, 63c) zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei oder zumindest vier Walzen mit einem Umschlingungswinkel von mehr als 120°, vorzugsweise mehr als 180° zur Erzielung einer ausreichenden Mindestzeit (t_mιn) vorgesehen sind, wodurch der zeitliche Mindestabstand zweier aufeinand¬ erfolgender Reckschritte einstellbar ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, da¬ durch gekennzeichnet, daß Aufwärmeinrichtungen vorgesehen sind, wobei die Kunststoffolienbahn zwischen den beiden Reckstufen auf einer Mindesttemperatur von 120°C bei einem aus Polypropylen bestehenden oder Polypropylen umfassenden Kunststoffolienbahn und auf einer Mindesttemperatur von 80°C bei einer aus Polyester bestehenden oder Polyester umfassenden Kunststoffolienbahn gehalten wird.